РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ HIPIXE НА УСКОРИТЕЛЕ ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ ДЦ-60 Иванов Игорь Александрович Магистрант, Евразийский Национальный Университет имени Л.Н.Гумилева, г.Астана
Научный руководитель – Горлачев И.Д.
Все более возрастающая роль элементного анализа требует развития новых
исследовательских направлений‚ обладающих высокой чувствительностью‚ точностью и 300
избирательностью при анализе содержаний отдельных элементов. Учитывая особенности взаимодействия тяжелых ускоренных частиц с атомами мишени, представляется перспективным использование метода HIPIXE (heavy ion particle induced X-ray emission) для решения задач элементного анализа [1]. В этом случае чрезвычайно важным становится знание сечений выхода характеристического рентгеновского излучения, а также спектральных особенностей‚ возникающих как следствие взаимодействия ускоренных ионов с атомами мишени. В настоящем тезисе представлены результаты исследования‚
направленные на определение основных характеристик (энергетическое смещение‚
энергетическая ширина на полувысоте‚ сечение выхода) рентгеновского характеристического излучения‚ возникающего при взаимодействии тяжелых ускоренных частиц с атомами мишеней в диапазоне атомных номеров Z = 22 82.
Получение ускоренных пучков осуществлялось на ускорителе тяжелых ионов ДЦ-60 в г.Астана. В экспериментах использовались ускоренные пучки N2+, Ar6+, Kr13+ с энергией 1 МэВ/нуклон, а также N3+, Ar6+, Kr13+ с энергией 1.4 МэВ/нуклон. Пучки транспортировались в мишенную камеру через входную диафрагму диаметром 3 мм.
Регистрация вторичного рентгеновского излучения осуществлялась в мишенной камере NEC RC43. Перед мишенодержателем располагается магнитная система подавления вторичных электронов‚ обеспечивающая на поверхности образца магнитную индукцию ~570 Гс.
Для регистрации рентгеновского излучения использовался Si(Li) детектор площадью 30 мм2, толщиной ~ 4 мм и мертвым слоем 0.2 мкм. Паспортное разрешение детектора составляет ~145 эВ на энергии 5.9 кэВ (Kα Mn).
Измерение сечений проводилось на пленках чистых элементов, напыленных методом ионно-плазменного осаждения на проводящую кремниевую подложку. Измерение толщин напыленных пленок проводилось в ИЯФ (г. Алматы) на ускорителе УКП-2-1 методом резерфордовского обратного рассеяния (РОР).
Расчет сечений проводился по формуле:
N
xM cos( )
,(1)
t N
pN
0где Nx
– число зарегистрированных рентгеновских квантов; M (г/моль) – атомная масса мишени,
– угол между направлением движения пучка и нормалью к мишени;t
–
толщина мишени (г/см2);
– эффективность регистрации рентгеновского излучения;N
p– число заряженных частиц, упавших на образец за время набора рентгеновского
спектра;
N
0(моль-1) – число Авогадро.
По измеренным данным определены зависимости сечений выхода Kα-флуоресценции от атомного номера мишени (рисунок 1) для разных налетающих частиц и энергий. Значения выходов флуоресценции на протонах приведены в ссылках [2–4]
N 1 МэВ/нуклон
N 1.4 МэВ/нуклон
10000 Ar 1 МэВ/нуклон
Ar 1.4 МэВ/нуклон
Kr 1 МэВ/нуклон
барн 1000 Kr 1.4 МэВ/нуклон
P 1 МэВ/нуклон
флуоресценции, P 1.4 МэВ/нуклон
100
10
выхода
1
Сечение
0,1
0,01
20 25 30 35 40 45 50
Z мишени
Рисунок 1. Зависимость сечение выхода флуоресценции от атомного номера мишени 301
Как видно из рисунка 1 результаты экспериментов по выходу флуоресценции из атомов мишени показывают ожидаемо высокие сечения выходов флуоресценции, демонстрируют селективное возбуждение и могут служить основанием для постановки методик определения элементного состава типа HIPIXE. По полученным результатам определен предел чувствительности для Kα – линии меди, который составляет 15 ppm.
Существенным оказалось проявление эффектов многозарядной ионизации, свойственное механизмам прямой кулоновской ионизации при значительно больших энергиях. Это приводит к сдвигам и уширениям флуоресцентных линий, а так же, по-видимому, и к фоновым излучениям, мешающим аккуратной обработке этих линий.
В результате проведенного эксперимента создан набор данных по сечению выхода характеристического рентгеновского излучения, энергетическому смещению и уширению линий характеристического рентгеновского излучения при бомбардировке тонких мишеней из Ti, Cr, Cu, Ge, Zr, Nb, Mo, Ag, In, Sn, W, Ta и Pb пучками ионов N14, Ar40 и Kr84 с
энергиями 1 и 1.4 МэВ/нуклон. Отработана и реализована методика элементного анализа HIPIXE на ускорителе тяжелых ионов ДЦ-60.
Литература
